Свойства крахмала

28.10.2014

Значение крахмала в технологии мукомольного, крупяного и хлебопекарного производства определяется его свойствами как высокополимерного вещества. В связи с этим для характеристики крахмалосодержащего сырья и чистого крахмала применяют ряд показателей, обусловленных его поведением при действии различных растворителей и свойствами его растворов. Наибольшее внимание привлекает изучение крахмала в аспекте взаимодействия его с водой в широком диапазоне температуры.
Водопоглотительная способность. Для определения способности крахмальных зерен поглощать капельно-жидкую воду применяют несколько методов. Весовым методом учитывают количество воды, сорбированное крахмалом, находящимся некоторое время в водной среде. Одновременно учитывают и количество веществ, перешедших в раствор. По имеющимся данным, между величиной поглощения воды и растворимостью крахмала существует линейная зависимость.
По второму методу определяют изменение объема навески крахмала, находившейся разное время в воде или смеси воды с пиридином при различных температурах.
Скорость поглощения воды и увеличение объема крахмальных зерен в сильной степени зависят от температуры. Так, по имеющимся данным, поглощение воды при температуре 20—30° С заканчивается уже в течение 1 ч при соответствующем увеличении объема крахмальных зерен до 50% от исходного. Дальнейшее увеличение температуры в пределах от 40 до 60° С обусловливает уже значительное повышение растворимости крахмала, и объем его увеличивается незначительно. При повышении температуры до 70° С и выше начинается процесс клейстеризации крахмала, сопровождающийся резким увеличением объема крахмальных зерен.
Вязкость растворов клейстеризованного крахмала. Процесс клейстеризации крахмала при повышении температуры его водной суспензии имеет огромное значение для технологии пищевых производств, так как при этом происходит глубокое изменение свойств субстрата и скорости ферментативных процессов.
Нагревание суспензии крахмала или суспензии измельченною эндосперма злаков до некоторой критической температуры и в избытке воды обусловливает набухание его зерен в тангенциальном направлении.
Одновременно с этим теряется способность крахмальных зерен к двойному лучепреломлению, что проявляется в исчезновении характерных поляризационных крестов при рассмотрении зерен в поляризационном микроскопе. Эта первая стадия клейстеризации может быть хорошо уловлена методом прямого подсчета зерен в поле зрения микроскопа. Большая чувствительность и хорошая воспроизводимость метода делают его очень подходящим для исследования начальных стадий клейстеризации.
В связи с тем, что этот процесс протекает неодновременно у всех зерен крахмала, практически приходится фиксировать начальную и конечную температуры клейстеризации. Есть предложения определять в качестве средней температуры клейстеризации такую температуру, при которой клейстеризовано 50% всех зерен. Применение микрофотографирования последовательных стадий набухания крахмальных зерен позволяет уточнить определение этого показателя.
Увеличение прозрачности вначале мутной суспензии крахмала также является характерным для процесса клейстеризации, и этот показатель применяют при исследованиях крахмала.
Одним из наиболее характерных признаков завершающегося процесса клейстеризации суспензий крахмала является значительное повышение вязкости, образование крахмального клейстера. Абсолютная величина вязкости последнего, скорость увеличения вязкости и температуры, при которых начинается и завершается клейстеризация, зависят не только от концентрации крахмала, но и от многих факторов, значение которых до последнего времени еще не расшифровано до конца. Для изучения процесса изменения вязкости при клейстеризации крахмала предложено много приборов и методов.
В зерноперерабатывающей промышленности на протяжении многих лет применяют амилограф Брабендера, при помощи которого исследуют клейстеризацию пшеничной и ржаной муки и чистого крахмала при нагревании суспензии до температуры 95° С. В последнее время для этого используют вискограф той же фирмы. Амилограф представляет собой ротационный вискозиметр с автоматической записью изменения вязкости, причем последняя выражена не в абсолютных величинах, а в условных единицах прибора.
Для сравнительной характеристики различных образцов крахмала или муки применяют следующие показатели: начальная температура клейстеризации, отмечаемая началом крутого подъема амилограммы, максимальная вязкость (пик амилограммы), т. е. максимальная высота и конечная высота через 1 ч пребывания суспензии (или пасты) при температуре 96° С.

При оценке амилограммы принимают, что ее максимальная высота характеризует наибольшую вязкость, которая может быть получена при использовании данного образца крахмала или муки, а высота амилограммы через 1 ч автолиза при 95° С характеризует стабильность клейстера. Необходимо отметить, что полученные при помощи амилографа и стандартизованной для него методики исследования данные не имеют абсолютного значения. Прежде всего высота пика и начальная температура подъема кривой зависят от концентрации крахмала. При клейстеризации 6,2%-ной суспензии пшеничного крахмала температура начала повышения вязкости лежит около 87° С, а при клейстеризации 35%-ной суспеизин — около 58° С (рис. 56).

Свойства крахмала

Высота амилограммы в первом случае составляет около 170 единиц прибора, а во втором она выходит за пределы шкалы, превышая 1000 единиц. Сопоставление данных амилографа с определением начальных стадий клейстеризации крахмальных зерен микроскопированием в поляризационном микроскопе показывает, что подъем амилограммы обнаруживается значительно позже момента потери крахмалом способности к двойному лучепреломлению. Иначе говоря, амилограф не учитывает начальной стадии клейстеризации. Именно поэтому было предложено проводить клейстеризацию не в чистой воде, а в растворе, содержащем гидрофильный коллоид, например карбоксиметилцеллюлозу.
В этом случае, по-видимому, в результате повышения вязкости среды можно обнаружить подъем амилограммы уже при температуре 55°С. Одновременно отмечают и повышение способности мутной вначале суспензии пропускать свет.
В обстоятельных исследованиях были сопоставлены кривые клейстеризации пшеничного крахмала, полученные следующими методами:
- определением вязкости по амилографу в водной среде;
- определением вязкости по амилографу с применением 0,8%-ного раствора карбоксиметилцеллюлозы;
- определением степени прозрачности клейстеризуемой суспензии при помощи спектрофотометра;
- определением количества воды, поглощаемой крахмалом;
- определением количества крахмала, перешедшего в раствор. Все применяемые методы, кроме первого, дают сходные кривые клейстеризации и близкие зоны температуры, в которых происходит изменение свойств крахмала, Это указывает на то, что каждый из примененных методов, учитывающий различные свойства крахмала, фиксирует разные стороны одного и того же процесса. Применение же амилографа в водной среде не позволяет обнаружить начальные стадии изменения крахмала, представляющие существенный интерес для технологии пищевых производств.
Имеющиеся в литературе многочисленные данные о влиянии различных факторов на процесс клейстеризации и на конечную вязкость клейстеризованной суспензии в основном относятся к чистому крахмалу. В практике контроля качества муки при помощи амилографа (или вискографа) приходится иметь дело с более сложной, многокомпонентной системой. Хотя в пшеничной и ржаной муке количественно преобладает крахмал, но в них присутствуют и другие полисахариды, в частности пентозаны и гексозаны, растворимые в воде и оказывающие влияние на вязкость клейстеризуемон суспензии. Присутствие растворимых в воде белков, изменяющих свои свойства при повышении температуры, также не может не повлиять на начальную и конечную вязкость.
К сожалению, данные о роли белков пшеничной и ржаной муки в определении хода клейстеризации крахмала весьма немногочисленны. Было показано, что по мере снижения содержания белка во фракциях пшеничной муки максимальная вязкость, определяемая в вискографе, закономерно повышается. Значение такого фактора, как содержание растворимых пентозанов и гексозанов, до сих пор специально не изучали.
Зависимость хода клейстеризации от добавления в суспензию крахмала различных веществ изучалась в ряде исследований.
Особенно большое практическое значение имеет вопрос о влиянии солей, в первую очередь хлористого натрия, на температуру клейстеризации и на конечную вязкость крахмала пшеницы и ржи. Эти взаимоотношения очень сложны. Сопоставив ход клейстеризации суспензии пшеничного крахмала в чистой воде и в растворе хлористого натрия, можно заметить, что 2М раствор соли значительно повышает температуру клейстеризации (последняя определялась по способности суспензии пропускать свет).
Более концентрированный 5М раствор оказался менее эффективным. В данном случае концентрация хлористого натрия во много раз превышала ту концентрацию, которую применяют в технологии переработки зерна, в частности в хлебопечении. В связи с этим представляют интерес данные о влиянии меньших концентраций соли на процесс клейстеризации. Типичные показатели амилограмм ржаной муки без добавления хлористого натрия и с различными его дозировками даны в таблице 65. Повышение температуры начала клейстеризации при максимальной дозировке соли составляет 5° C, что существенно влияет на деятельность амилолитических ферментов муки.
Свойства крахмала

Аналогичная закономерность наблюдается и при изучении влияния хлористого натрия на процесс клейстеризации пшеничной муки (табл. 66). Таким образом, добавление хлористого натрия является важным фактором, повышающим температуру клейстеризации крахмала пшеницы и ржи. Вероятно, эту же закономерность отмечают и для крахмала других злаков.
Свойства крахмала

Большой практический интерес представляет воздействие ПАВ, которые нередко применяют в хлебопечении и в пищеконцентратной промышленности для лучшего эмульгирования жиров и улучшения качества продукции. Как было показано рядом исследователей, добавление к суспензии муки или чистого крахмала неионогенных ПАВ сильно влияет на ее свойства. Заметно повышается температура клейстеризации и максимальной вязкости, вместе с этим значительно снижается прочность геля, получаемого из крахмального клейстера. Позднее было показано, что эффект воздействия моноглицеридов на процесс клейстеризации крахмала зависит от длины углеродной цепочки жирной кислоты (рис. 57). В данном случае для исследования применяли методику определения прозрачности суспензии крахмала и растворимости его. Оба метода дали совпадающие результаты. Глицериды жирных кислот с углеродной цепочкой, содержащей менее 12 атомов углерода (монобутират глицерина), практически не влияют на величину пропускания света и количество крахмала, перешедшего в раствор. Повышение температуры клейстеризации четко проявляется при добавлении монопальмитата глицерина и еще более резко при добавлении моноглицерина арахидоновой кислоты равной концентрации. Этот моноглицерид эффективен даже при концентрации 2 мг на 300 мг крахмала — в пять раз меньшей, чем глицерид пальмитиновой кислоты.
Свойства крахмала

Существенное воздействие ПАВ на свойства суспензии крахмала было отмечено и в других опытах. Внесение в нее глицеридмоностеарата вызывает флоккуляцию с образованием крупных агрегатов и объемистого осадка. Густая паста при добавлении этого моноглицерида пластифицируется, причем образуется вязкое тесто, способное задерживать углекислый газ, подобно пшеничному тесту, содержащему клейковинные белки, Значение этих факторов для технологии пищевых производств велико, однако теоретическое объяснение наблюдаемых явлений еще не дано полностью.
Можно считать твердо установленным, что все ПАВ сорбируются крахмалом, образуя с амилозой своеобразные хелатные комплексы, подобные комплексам йода с амилозой. Последнее предположение подтверждается тем, что при обработке крахмала или амилозы ПАВ цветная реакция их с йодом ослабевает или совсем отсутствует.
При оценке крахмала или крахмалосодержащих продуктов при помощи амилографа следует учесть, что самое существенное воздействие на конечную вязкость (на высоту амилограммы) оказывают амилолитические ферменты, всегда присутствующие в продуктах размола зерна злаков.
В амилографе Брабендера или в вискографе свойства клей-стеризованного крахмала выражают в условных единицах прибора. Однако в некоторых случаях желательно иметь данные, характеризующие реологические свойства абсолютными величинами. Для этого применяют различные приборы, в том числе ротационные вискозиметры, например Ротовиско фирмы Гааке, измеряющий предельное напряжение сдвига и предел текучести 8%-ного пшеничного крахмала, клейстеризованного при определенных условиях и затем охлажденного до температуры 22° С.
Данные по температуре клейстеризации крахмала различных злаков приведены в таблице 67.
Свойства крахмала

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: